[发明专利]微生物次级代谢物的诱导

说明书

发明领域

本发明涉及由微生物产生次级代谢物。具体地，提供用于诱导从多种 微生物快速产生这样的化合物的方法。

背景

当从它们的天然环境中分离并且在浮游生物悬浮摇瓶中培养时，微生 物有时可能切断产生次级代谢物的能力。这种在封闭瓶中摇动悬浮培养提 供人工生长条件，所述人工生长条件不是天然遭遇的那些中的代表性条 件。

先前显示(Yan等，2003)，在两种杆菌属(Bacillus)菌株(短小芽孢杆 菌(B.pumilus)和地衣芽孢杆菌(B.licheniformis)的情形中，生物膜的 形成和直接暴露于空气促进抗生素化合物的产生。

在天然环境中，微生物诸如，例如，细菌和真菌，可以生长为附着于 表面的生物膜(Lappin-Scott等，1995)。生物膜中的生长条件通常不均匀， 例如，可以在包括生物膜的微-菌落周围形成pH梯度(Wimpenny等，2000)， 且对向生物膜运输营养和基底的限制可以导致微生物的分化饥饿(James 等，1995，Batchelor等，1997，Li等，2001)。因此，生长为生物膜的微生物内 发生的代谢过程可以与相同生物体在生长为例如浮游生物悬浮培养物时 体内发生的代谢过程明显不同。

次级代谢物诸如以上详述的那些，代表具有广泛多样重要应用的重要 化合物类型。特别地，许多次级代谢物具有抗感染特性，且抗生素在治疗 许多感染中起巨大作用。多-药物抗性微生物的出现需要进一步研究确定新 型抗生素以及开发具有增加活性的已知化合物的变体。因此，由微生物产 生的次级代谢物的筛选是获取有价值的生物活性化合物的必由之路。

次级代谢物产生的调节是复杂的且大多数次级代谢物的生物合成途径 是没有被完全了解的。已知应激-诱导的网络和许多细胞系统控制通过微生 物产生次级代谢物。例如，认为营养的限制或耗尽、诱导物的生物合成和 /或降低微生物生长率全都影响次级代谢物的产生。认为所述因素导致产生 一系列信号，其影响导致化学分化(次级代谢)和形态分化(形态发生) 的调节事件的级联。

已知一些初级代谢物增加次级代谢物的产生。例如，亮氨酸影响杆菌 属菌株中杆菌肽合成，且甲硫氨酸促进氨基己二酰-L-半胱氨酰-D-缬氨酸 (ACV)合成酶。

至今，关于生物膜生长对次级代谢物产生的作用仅进行了非常少量的 研究，并且存在对开发新抗感染剂的需要，所述抗感染剂有效针对大量对 当今的抗生素表现出抗性的病原体。

本发明基于这样的观察，即在第一条件设置下构建为强迫固着群落(生 物膜)的微生物，可以在随后暴露于改变的条件设置时，产生次级代谢物， 包括具有抗感染活性的化合物。

发明概述

在本发明的第一方面，提供诱导微生物产生次级代谢物的方法，所述 方法包括下列步骤：

(a)通过在第一条件设置下生长，构建包括所述微生物的生物膜；和

(b)改变所述第一条件设置，从而诱导所述生物膜中的一种或多种微 生物产生次级代谢物。

应该理解所述微生物通常不产生所述次级代谢物，除非暴露于所述改 变的条件设置。生物膜在所述第一条件设置下生长时，可以产生不同的次 级代谢物，但是仅产生有限的或基本上不产生在所述改变的条件设置下产 生的次级代谢物。

次级代谢物包括许多化合物类型，且可以包括，例如，色素、抗感染 化合物诸如抗生素、抗细菌剂、抗病毒剂、抗真菌剂和抗原生动物剂。另 外，次级代谢物还可以包括毒素、生态竞争和共生的效应物、信息素、酶 抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂、杀虫剂、抗肿瘤剂和动物和植物的生 长促进剂。在该情形中，特别适宜使用本发明的方法来诱导抗感染化合物 诸如以上详述的那些的产生。因此，在优选的实施方案中，本发明提供诱 导微生物产生抗感染化合物的方法。

生物膜是本领域中公知的，且可以认为包括已经建群表面或基底的微 生物群落。微生物诸如细菌、真菌、原生动物和酵母都能够形成生物膜。 生物膜可以包括单一微生物物种或，在一些情形中，可以包括多于一种微 生物物种。生物膜中的微生物是固着的，即附着于表面或基底，并且同样 地，生物膜也可以称为“强迫固着群落”。